Gestion de puissance améliorée dans les systèmes de stockage d'énergie hybrides intégrés au photovoltaïque utilisant une commande floue 2DOF-PI optimisée par l'algorithme hippopotame

Une énergie solaire plus intelligente pour un usage quotidien

À mesure que de plus en plus de maisons, villages et appareils fonctionnent à l'énergie solaire, un problème persiste : le soleil n'éclaire pas de façon continue, alors que nos lampes, réfrigérateurs et électroniques attendent une électricité stable et fiable. Cet article explore une manière plus astucieuse de gérer l'énergie solaire et le stockage pour maintenir une alimentation stable, prolonger la durée de vie des batteries et rendre l'électricité propre plus pratique pour les habitations hors réseau et les petits réseaux en courant continu (CC).

Pourquoi le solaire a besoin d'une équipe de secours

Les panneaux solaires sont propres et de plus en plus abordables, mais leur production varie constamment avec les nuages, l'heure de la journée et la météo. Traditionnellement, on se contente de batteries pour combler l'écart entre un ensoleillement irrégulier et une demande stable. Cependant, demander à une batterie de gérer à la fois des besoins énergétiques à long terme et toutes les petites fluctuations rapides est comme utiliser un train de marchandises pour la tâche d'une voiture de course : cela fonctionne, mais use la batterie plus vite et gaspille de l'énergie. Pour remédier à cela, les ingénieurs associent les batteries à des supercondensateurs — des dispositifs capables de se charger et se décharger presque instantanément mais stockant moins d'énergie au total. La batterie joue alors le rôle de réservoir lent et profond, tandis que le supercondensateur absorbe les à-coups rapides de la demande, formant une équipe de stockage plus durable et efficace.

Comment est construit le système solaire hybride

L'étude porte sur un microréseau CC autonome alimenté par des panneaux solaires et soutenu par un système de stockage d'énergie hybride qui combine une banque de batteries et une banque de supercondensateurs. Tous ces éléments sont reliés à un bus CC central, qui alimente une charge CC comme une maison ou un petit bâtiment. Chaque dispositif de stockage dispose de son propre convertisseur électronique bidirectionnel, lui permettant à la fois d'absorber de l'énergie lorsqu'il y a un excès de production solaire et de restituer de l'énergie lorsque l'ensoleillement diminue ou que la demande augmente. Cette configuration « active » signifie que la batterie et le supercondensateur peuvent être contrôlés indépendamment, plutôt que d'être liés passivement, donnant au système de commande une autorité fine sur qui fait quoi et quand.

Un cerveau inspiré des règles et du comportement animal

Au cœur du système se trouve un contrôleur intelligent qui décide comment répartir la charge entre la batterie et le supercondensateur tout en maintenant la tension du bus CC stable. Les auteurs combinent deux idées. Premièrement, ils utilisent la logique floue — une approche basée sur des règles qui imite le raisonnement humain par des énoncés du type « si l'erreur de tension est faible mais change rapidement, ajuster doucement ». Deuxièmement, ils emploient une structure proportionnelle–intégrale à deux degrés de liberté (2DOF-PI), qui permet au contrôleur d'ajuster séparément la façon dont il suit une tension de consigne et la manière dont il rejette les perturbations telles que les variations soudaines de charge. Pour affiner tous ces réglages, ils s'appuient sur une méthode de recherche moderne appelée algorithme d'optimisation Hippopotame, inspirée des mouvements, des défenses et des retraites des hippopotames en groupe. Cet optimiseur parcourt de nombreux paramètres possibles du contrôleur pour trouver ceux qui équilibrent au mieux précision, rapidité et stabilité.

Mise à l'épreuve du nouveau contrôle

Les chercheurs testent leur approche par des simulations informatiques détaillées sous MATLAB/Simulink. Ils soumettent le système à quatre situations exigeantes : ensoleillement variant rapidement, augmentations soudaines de la charge, diminutions soudaines de la charge, et une combinaison de variations d'ensoleillement et de demande. Ils comparent leur contrôleur flou 2DOF-PI à trois alternatives : un contrôleur PI conventionnel et deux architectures flou-PI réglées par des méthodes d'optimisation plus anciennes. Dans tous les cas, le nouveau contrôleur maintient la tension du bus CC plus proche de sa consigne, réduit la magnitude des pics de puissance transitoires d'au moins 15 % et raccourcit le temps de stabilisation du système d'au moins 10 %. La batterie est protégée des à-coups violents, car les variations rapides sont redirigées vers le supercondensateur, mieux adapté pour les gérer. Cela signifie moins de stress pour la batterie et, en usage réel, un potentiel d'allongement de la durée de vie.

Ce que cela signifie pour les utilisateurs d'énergie propre

Concrètement, la stratégie de commande proposée fait en sorte qu'un petit système solaire se comporte davantage comme une source d'énergie stable et fiable, même lorsque le soleil et la charge sont capricieux. En coordonnant une batterie et un supercondensateur grâce à un « cerveau » de contrôle intelligent, le système délivre une puissance plus lisse, utilise l'énergie stockée plus efficacement et réduit l'usure des packs de batteries coûteux. Bien que les résultats reposent sur des simulations et doivent encore être confirmés par des tests matériels, ce travail ouvre la voie à des microréseaux solaires plus robustes et durables pour les habitations, les communautés isolées, la recharge de véhicules électriques et d'autres usages hors réseau, contribuant à transformer un ensoleillement variable en électricité véritablement fiable.

Citation: Kotb, H., Khairalla, A.G., ElRefaie, H.B. et al. Enhanced power management in PV-Integrated hybrid energy storage systems using fuzzy 2DOF-PI control optimized by hippopotamus algorithm. Sci Rep 16, 9200 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40106-4

Mots-clés: micro-réseau solaire, stockage d'énergie hybride, batterie supercondensateur, commande floue, gestion de l'énergie renouvelable